退耕还草坡地植被覆盖与土壤侵蚀强度响应的7Be示踪研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:BalloonMan_Again
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近年来,黄土高原地区因实施退耕还林还草及封禁牧政策,植被覆盖逐渐好转,侵蚀方式发生了明显变化,针对这种情况,需要开发和利用新的研究方法来研究有植被覆盖坡面的土壤侵蚀问题。~7Be示踪技术近年来已被成功应用于土壤侵蚀的研究,但目前只应用在裸露坡面,因此把~7Be示踪技术应用到有植被覆盖坡面土壤侵蚀的研究,不仅可以拓宽~7Be示踪技术的应用范围,而且对现阶段黄土高原坡面土壤侵蚀的研究具有重要的科学意义。基于此目的,本项研究以黄土高原地区安塞县为研究区,分析了该区域内未扰动土壤中~7Be含量变化及~7Be的沉降特征,量化植物中~7Be含量变化及对土壤中~7Be量的影响,结合径流小区的实测值,探讨植被覆盖对利用~7Be示踪估算土壤侵蚀速率的影响,并通过引入植被覆盖因子对Walling提出的~7Be示踪土壤侵蚀速率模型进行修正,将之用于有植被覆盖坡面土壤侵蚀的研究。通过分析得到以下主要结论:(1)研究区域内~7Be的沉降量具有明显的年内及年际变化,年均沉降量为1759±416Bq m-2,沉降量变化主要受降雨量控制,夏季沉降量大,约占年沉降量的50%,冬季小,约占年沉降量的5%。与国内外其他相似区域相比,研究区域~7Be年沉降量较大,估计与研究区降尘、霜及露水对~7Be沉降的贡献较大有关。(2)未扰动土壤中~7Be量的日变化及月均变化都呈现明显的单峰分布,日变化值在89.2-941.8Bq m-2,平均值为392±210Bq m-2,土壤中~7Be量的变化主要受降雨量及其时间分布的影响,最大值一般出现在每年的8月或9月,最小值一般在冬季或初春。(3)研究时段内混合干枯植物中~7Be含量在212±46和964±122Bq kg-1之间,混合活植物中~7Be含量在173±86和703±18Bq kg-1之间,混合干枯植物样中~7Be含量高于混合活植物样含量,在年内二者具有相同的变化趋势,春末夏初含量差异较大,夏秋季相差逐渐缩小,在雨季末(9月份)达到最大,之后又降低。不同年份内,相同类型地被物中~7Be含量的变化趋势一致,在春季含量比较接近,但在雨季,因降雨的差异,增加的快慢不同。分析发现混合植物中~7Be含量和衰变累积降雨量呈显著性正相关,衰变累积降雨量可解释植物样中约80%的变异性。(4)同种植物在雨季~7Be含量呈增加趋势,但不同植物种增加的比例不同,主要受茎秆比例及叶面积指数的影响,植物所处生长阶段对于其~7Be含量的多少也有重要影响。同种植物叶和茎秆中~7Be含量不同,叶中的~7Be含量高于茎秆中的含量,不同植物种叶和茎秆~7Be含量的比例相差较大。(5)通过2011年和2012年裸露地小区、荒草地小区和谷子地小区的~7Be示踪对比研究,发现利用Walling模型计算有植被覆盖坡面土壤侵蚀速率的结果与实测值相差很大,相对误差超过100%,说明坡面植被覆盖对利用~7Be估算坡面土壤侵蚀速率有重要影响。因此对Walling模型进行修正,引入植被盖度因子,并用之估算荒草地小区坡面的土壤侵蚀速率,发现计算值与实测值比较接近,相对误差明显减小,在10%-26%,说明利用修正的Walling模型来估算有植被覆盖坡面土壤侵蚀速率是可行的,为量化植被覆盖坡面土壤侵蚀提供了有效手段。(6)植物叶面积指数和植被覆盖与土壤侵蚀强度之间存在一定的对应关系,整体表现在坡面植被稀少的地方,土壤侵蚀速率大,植被茂盛的地方,土壤侵蚀速率小。但它们之间在数值上并不具有显著相关性。主要原因可能是由于分析的尺度效应及植被覆盖对土壤侵蚀控制的阈值造成的。
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